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CIGRE 工作组在文献[26]中指出，暂态电压不稳定的主要机理是在扰动后感应电动机不能再加速，或者由于输电系统变弱而使感应电动机堵转；另一个机理与HVDC（高压直流输电系统）相关，特别是当逆变端处于短路容量小的负荷区域时，逆变端的无功消耗特性及其电容补偿可能引发电压不稳定，常用的恒功率/固定息弧角控制在1 秒内恢复逆变端的无功功率也可能导致电压不稳定和电压崩溃。中长期电压失稳的机理则与OLTC（有载调压变压器）、负荷端电压调节器、热负荷特性导致的负荷恢复、发电机励磁电流限制有关。
Cutsem 对短期电压失稳、中长期电压失稳、中长期动态引起的短期电压失稳分别提出三个机理。具体为，短期电压失稳的三个机理：扰动后短期动态平衡点的失去，例如故障后系统中的感应电动机电磁转矩和机械转矩无交点；系统不在扰动后短期动态的平衡点的吸引域内，例如故障后系统中的感应电动机虽然存在稳定运行点，但无法再加速；扰动后短期动态振荡不稳定。中长期电压失稳的三个机理：失去中长期动态的平衡点；系统不在中长期动态的平衡点吸引域内；缓慢增长的电压振荡失稳。中长期动态引起的短期电压不稳定的三个机理：中长期动态引起的短期平衡点消失；中长期动态导致短期动态吸引域收缩，致使短期动态不在稳定平衡点吸引域内的电压不稳定；中长期动态引起的短期动态振荡不稳定。
更多的学者从负荷稳定的角度来研究系统的电压稳定性。段献忠根据感应电动机等效导纳不能突变的性质，提出了以动态负荷等效导纳为状态变量作小扰动分析的电压失稳机理解释，认为电压失稳可以归结为负荷为维持有功功率平衡而自动调节其导纳的特性和网络输送能力的有限性共同作用的结果。但是实际中系统中存在的无功功率不平衡也会导致系统失稳。
后来研究人员在单机单负荷系统中对发电机、AVR（自动电压调节器）和电压控制元件之间的相互影响进行时域仿真，考虑发电机、励磁系统及电动机的动态作用，提出了电压崩溃的动态机理解释。假设系统稳定运行处于SNB（鞍结分岔）点附近，发电机励磁电流已接近于极限状态。如果此时系统有一小扰动，使电动机端电压减小，由分析可知：1) 假定电动机机械负荷为恒功率负荷，端电压的降低导致电动机定子电流增加；2) 定子电流的增加加大了输电线上的电压降落，进一步降低了电动机的端电压；3) 端电压的下降引起线路电容充电无功功率的减小，使系统中无功更加短缺；4) 电动机定子电流的增加导致发电机输出电流的增加，在发电机励磁电流己达
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极限不能再增加后，由于电枢反应将引起气隙磁通的减少，导致发电机内电动势的减小，从而降低发电机端电压，同时也减少了发电机的无功输出，使系统各节点电压进一步降低。如此形成恶性循环，引起电压的持续下降，直至电压崩溃。
虽然这一动态机理解释形象地说明了电压崩溃的发展过程。但我们还要考虑系统中其他一些因素，比如：OLTC、SVC（静止无功补偿器）作用，负荷特性，系统中一些控制装置、控制措施以及新型FACTS（柔性交流输变电）设备。
第5章 无功补偿
通过前面的说明，我们已经知道电网除了输送有功功率外，同时也要输送无功功率，然而当无功负荷增加时，系统的功率因数将降低，从而影响电压使线路电压降低，增大线路损耗。为了提高功率因数，减小线路损耗，提高电网稳定性，因此要对系统进行无功补偿
5.1 无功补偿的意义
1. 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。
2. 减少发电设备和供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。
3. 降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosΨ/cosφ）×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosΨ为补偿前的功率因数，则： cosΦ>cosΨ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。
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5.2 无功功率的平衡
无功功率平衡是指在电网运行的任一时间内，所有无功电源发出的无功功率要与于所有负荷所消耗的无功功率和系统中各环节上无功功率损耗之和相等，无功电源包括发电机、调相机、静止无功补偿器、并联电容器等。系统中无功功率损耗主要是在线路和变压器中的无功损耗。与有功损耗相比，系统中的无功损耗要大得多，这是因为高压线路、变压器的等值串联电抗要比电阻大得多，变压器的励磁无功损耗也比有功损耗大得多。系统中的有功损耗一般只占负荷功率的百分之几，而系统中的无功损耗与无功负荷的大小则是差不多的，无功电源发出的无功功率基本上一半是供给负荷的，而另一半是补偿线路和变压器中的无功功率损耗的。因此，电网需要的无功功率仅靠发电机供给是远远不够的，需要装设大量的无功补偿设备。
系统中无功功率的平衡关系与有功功率相似，如下式所示 式中，电源供给的无功功率偿设备供应的无功功率电容器供应的
（3—1）
由两部分组成，即发电机供应的无功功率
和补、并联
，而补偿装置供应的无功功率又分调相机供应的
三部分。因此，
可分解为
和静止补偿器供应的
静止补偿器供应的
（3—2）
部分又包含静止无功补偿功率补偿器SVC、静止调相机
Statcom、无功功率发生器SVG所发出的无功功率。
式2-16中，负荷消费的无功功率
可按负荷的功率因数计算。未经改良的负荷
功率因数一般不高，仅到0.6~0.9，但因规程对电力用户的功率因数有一定的限制，例如不得低于0.90等等，系统规划运行部门作无功功率平衡时，可按规程规定确定负荷消费的无功功率
。
包括三个部分：变压器的无功功率损耗
。
，线路电
式2-16中，无功损耗抗中的无功损耗
，线路电纳中的无功损耗
可分解为
属容性，如将其作感性无功
功率处理，则应具有负值。因此，
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（3—3）
根据如上的平衡关系，定期作无功功率平衡计算的内容是：
（1） 参考累计的规划运行资料确定未来的、有代表性的预想有功功率日负荷
曲线
（2） 确定出现无功功率日最大负荷时系统中有功功率负荷的分配。 （3） 假设各无功功率电源的容量和配置情况以及某些枢纽点的电压水平。 （4） 计算系统中的潮流分布。
（5） 根据潮流分布，统计出关系式2-17中的各项数据，判断系统中无功功率
能否平衡。
（6） 如统计结果表明系统无功功率有缺额，则应变更上列假设条件，重作潮
流分布计算；如果无功功率始终无法平衡，则应考虑增设无功电源的方案。
无疑，如上的计算中，无论有功或无功功率的分布都应力求最优。需要指出的是，进行无功功率计算的前提应是系统的电压水平正常。如不能在正常电压水平下保证无功功率的平衡，系统的电压质量则不能保证。
系统中无功功率也应保持一定的备用。否则，当负荷增大时，电压质量仍无法保证。无功功率备用容量一般可取最大无功功率负荷的7%—8%。
5.3 无功功率电源
电力系统的无功电源，除了发电机外，还有同步调相机、静电电容及静止无功补偿器，这三种装置又称无功补偿装置。
一． 发电机
发电机既是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源，发电机在额定状态下运行过时，可发出无功功率
式中
、
（3—4）
——发电机的额定视在功率，额定有功功率和额定功率因素角。
现在讨论发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率：假定隐极发电
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机连接在恒压母线上，母线电压为
。发电机的等值电路和相量图如下所示。途中C
，正比于定子额定全电流，亦即正
，在横轴上的投影为
，
点事额定运行点。电压降相量AC的长度代表比于发电机的额定实在功率
，它在纵轴上的投影为
相量OC的长度代表空载电动势E，它正比于发电机的额定励磁电流，当改变功率因数时，发电机发出的有功功率P和无功功率Q要受定子电流额定值（额定视在功率）、转子电流额定值（空载电动势）、原动机出力（额定有功功率）的限制。在图中，以A为圆心，以AC为半径的圆弧表示额定视在功率的限制；以O为圆心，以OC为半径的圆弧表示额定转子电流的限制；而水平线
表示原动机出力的限制，这些限制条
件在图中用粗线画出，这就是发电机的P-Q极限曲线：从图中可以看到，发电机只有在额定电压、电流和功率因数（即运行点C）下运行时视在功率才能达到额定值，这样其容量就可以得到最充分的利用。
当系统无功电源不足而有功备用容量较充裕时，可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数，使之在低功率因数下运行，从而多发出无功功率以提高系统的电压水平，但是发电机的运行点不应越出P-Q极限曲线的范围。
二． 同步调相机
同步调相机相当于空载运行的同步发电机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最容量只有过励磁容量的50%~65%。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸收）的无功功率，从而进行电压